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科學家研發出用鉀氧電池,相比鋰電池更高效?

作者:中國儲能網新聞中心 來源:太平洋電腦網 發布時間:2019-05-16 瀏覽:
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中國儲能網訊:俄亥俄州立大學(Ohio State University)的研究人員聲稱已經開發出更高效、更可靠的鉀氧電池,這可以為國家電網的儲能和移動電話以及筆記本電腦中更長久的電池提供潛在的解決方案。在這一項研究中,俄亥俄州的研究人員詳細介紹了他們的研究結果重點是電池陰極的構造,它將化學反應產生的能量存儲在金屬,比如說氧氣或其他金屬嵌入至空氣電池中。

該研究的合作者,俄亥俄州立大學機械和航空航天工程教授Vishnu-Baba Sundaresan介紹,“如果大家想為電網提供一個完全可再生的選擇,就需要一種經濟的能源存儲設備,它可以存儲多余的電力,并在大家沒有準備好或沒有工作的情況下將電力釋放出來。像這樣的技術是關鍵,因為它便宜,不使用任何外來材料,它可以在任何地方生產來促進當地經濟。”

然而為了使可再生能源成為一個地區能源網的可靠能源,需要有一種方法來儲存從陽光和風中收集的多余能源。世界各地的公司、科學家和政府都在研究存儲解決方案,從鋰離子電池(許多電動汽車的更大版本),到使用金屬釩制成的大盒子大小的巨型電池。

鉀氧電池(potassium-oxygen)自2013年發明以來一直是儲能的潛在替代品。化學教授Yiying Wu領導的俄亥俄州立大學的一組研究人員表示,電池可以比鋰氧電池更有效同時存儲大約是現有鋰離子電池的兩倍。但鉀氧電池尚未被廣泛用于儲能,因為到目前為止,他們還沒有足夠的時間進行充電以達到成本效益。

當研究小組試圖制造出一種鉀氧電池作為一種可行的存儲解決方案時,他們遇到了一個障礙,電池每次充電都會降級但永遠不會超過5或10個充電周期。之所以發生這種退化是因為氧氣進入電池的陽極,導致陽極損壞并使電池本身無法再充電。

Sundaresan實驗室的博士生Paul Gilmore開始在陰極中加入聚合物,看看它是否能夠保護陽極不受氧氣的傷害。事實證明他是對的,團隊意識到聚合物的膨脹對其性能起著至關重要的作用。 Gilmore介紹稱,“關鍵是找到一種方法將氧氣帶入電池但不會讓氧氣滲入陽極。”

據了解,這種設計有點像人肺,空氣通過纖維碳層進入電池然后遇到第二層,這是第二層稍微多孔,最后在第三層結束,第三層幾乎沒有多孔。由導電聚合物制成的第三層允許鉀離子穿過陰極,但限制分子氧進入陽極。該設計意味著電池可以充電至少125次,使鉀氧電池的使用壽命超過以前使用低成本電解質的壽命的12倍。

Sundaresan介紹稱,“這一發現表明這是可能的,但該團隊的測試還沒有證明電池可以制造到電網存儲所需的規模。然而,它確實顯示了其潛力。”

鉀氧電池也可能存在于其他應用中的潛力。Gilmore補充介紹稱,“氧氣電池具有更高的能量密度,這意味著它們可以改善電動汽車的范圍和便攜式電子產品的電池壽命,例如,在鉀氧電池可用于這些應用之前必須克服其他挑戰。”這一發現提供了鋰離子電池和其他依賴鈷的替代品,這種材料被稱為“電池的血鉆”。采購這種材料令人不安,包括TESLA在內的大公司已經宣布計劃完全將其從電池中取出。

Sundaresan稱,“用于大規模應用的電池不使用鈷是非常重要的,電池可以廉價制造也很重要。”鋰氧電池是一種可能的能源存儲解決方案,被廣泛認為是最可行的選擇之一,但它可能價格昂貴,而且許多電池依賴包括鈷在內的稀缺資源。許多電動汽車使用的鋰離子電池,按材料價格計算,每千瓦時的成本約為100美元(折合人民幣約690元)。

研究人員估計稱,這種鉀氧電池每千瓦時的成本約為44美元(折合人民幣約300元)。

via:NewelectronicsPConline編譯作者:栗子

關鍵字:鉀氧電池

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